Header Image

МГГУ, один из старейших ВУЗов России, "попал под грабли" реформы образования. Преподаватели, студенты и специалисты горной отрасли называют это не иначе, как "рейдерским захватом".

Подробнее ...
Минеральные ассоциации в Белореченском барит-полиметаллическом месторождении (Большой Кавказ) Печать E-mail
07.12.2014 22:17

Ю.В. Попов, Р.А. Цицуашвили
Южный федеральный университет, Россия, г. Ростов-на-Дону,
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Природно-техногенные системы горных работок с их разнообразием гипергенных минеральных ассоциаций, формирующихся в условиях окисления руд и осаждения мигрирующих в растворенных формах продуктов их разложения на физико-химических барьерах, выступают в качестве «природных лабораторий», информативных как в плане изучения экзогенного минералообразования, так и в плане совершенствования моделей миграции элементов-загрязнителей в природных ландшафтах и природоохранных технологий.

Весьма интересны в этом отношении подземные горные выработки неэксплуатируемого с 1990-х годов Белореченского баритового (с непромышленной сульфидной минерализацией) месторождения, расположенного на северо-западе Большого Кавказа в горной части Республики Адыгея. Белореченское месторождение образует верхний уровень сложного горно-рудного объекта, нижние горизонты которого соответствуют Даховскому урановому месторождению (с уран-сульфидной и уран-арсенидной минерализаций в доломитовых жилах и линзах). Рудные тела Белореченского месторождения представлены жилами барита (содержит примести Sr (до 0,2-5%), Ca (до 0,5%) и Pb (до 0,1%)), в массе барита присутствуют несколько генераций флюорита, галенит (с примесями Ag до 0,8%), сфалерит, халькопирит, пирит. Поздняя генерация баритовых жил несет непромышленную полиметаллическую минерализацию, приобретая галенит-баритовый с флюоритом состав. Завершили формирование месторождения пирит-кальцитовые и марказит-кальцитовые жилы. Основная часть оруденелых жил локализована в гнейсах и гранито-гнейсах, развитых между герцинскими гранитами и меланократовой амфиболитово-гнейсовой толщей. Тектонический блок, вмещающий месторождения, по разломам граничит с подстилающими серпентинитами и перекрывающими юрскими аргиллитами. Широкое развитие трещин разного порядка, определяемое приуроченностью к зоне крупного длительно развивавшегося Центрального разлома, обеспечивает как проницаемость для глубинных флюидов, так и интенсивную циркуляцию гипергенных растворов.
Зоны окисления сульфидов (главным образом широко развитых пирита и марказита), образующих жилы и гнезда в слаборастворимых алюмосиликатных породах, выступают в качестве источника кислых сульфатных растворов с широким спектром подвижных продуктов окисления. Частичная нейтрализация растворов кальцийсодержащими гипергенными водами проявляется в развитии гипса и водных сульфатов двухвалентного железа (мелантерита и пр.); вокруг зерен галенита формируются оторочки англезита. На поверхности окисляющегося пирита отмечаются микрофазы сернистого серебра (по составу близкого к акантиту) и, среди мелантерита, редкие микрофазы самородного серебра (рис. 1-Б, В).
Мигрирующие в растворах тяжелые металлов частично связывается в минеральные фазы на природных физико-химических барьерах, среди которых основными являются: окислительный, приуроченных участкам образования оксигидратов железа в зонах фильтрации кислых вод; сульфатный, связанный с участками окисления баритовых жил; щелочной карбонатный – на участках формирования современных натечных карбонатных образований [1]. Каждый из этих барьеров характеризуются специфичными микроминераль-ными ассоциациями.
Выходы кислых вод (с рН ~2), фильтрующихся по зонам трещиноватости в силикатных породах, приводят к выделению гелей на сводах и стенках горных выработок (рис. 1-Г), за счет которых образуются оксигидраты железа, с которыми ассоциируют частички сернистого серебра микронной размерности (рис. 1-Е). Энергетические рентгенофлуоресцентные спектры оксигидратов указывают на присутствие меди, цинка, марганца, свинца, не образующих самостоятельных фаз. Неустойчивость оксигидратовой ассоциации в условиях кислой среды (с рН<3) позволяет рассматривать участки как промежуточный физико-химический барьер на пути миграции тяжелых металлов.
Более эффективный геохимический барьер связан с участками микротрещиноватости и полостями баритовых жил, где формируются сульфатные ассоциации. Среди сульфатов наиболее распространен гипс, образующий корочки, присыпки и микрокристаллы в тонких трещинах и полостях, где обычно ассоциирует с сульфатами меди – брошантитом, серпьеритом и девиллином, а также часто с ярозитом-плюмбоярозитом, гемиморфитом, брошантитом, мелантеритом (рис. 1-К-М). За счет присутствующего в баритовых жилах галенита образуется англезит, развивающийся на поверхности последнего, либо выполняющий пустоты (ассоциируя в этом случае с плюмбоярозитом и гемиморфитом).


Рис. 1. Минеральные ассоциации геохимических барьеров: А – участки окисления сульфидных жил, Б – развитие меланерита по пириту, В – типичная ассоциация пирит+гипс+мелантерит, Г, Д – участки формирования окисгидратов железа, Е – серебро среди оксигидратов железа, Ж – натёчный кальцит, З – водные сульфаты на поверхности кальцита, И – соединение Ag-S на кальците, К – девиллиновые оторочки в баритовых жилах, Л – девиллин и гипс на барите, М – ярозит на барите.

Примечателен состав девиллина: минерал характеризуется переменным содержанием цинка и присутствием никеля в количестве до 0,4-1,4 % вес., источником которого вероятнее всего являются никелевые руды Даховского месторождения.
Ещё один барьер приурочен к зонам современного карбонатообразования. Его эффективность в плане осаждения широкого спектра металлов определяется как изменением рН среды (СаCO3+H+ ↔ Ca2+=HCO3-), так и высокой сорбционной способность карбонатов. В подземных горных выработках Белореченского месторождения карбонаты образуют натечные агрегаты на сводах и стенках горных выработок в зонах трещиноватости, образуя небольшие сталактиты и местами покрывая стенки выработок сплошными натёками мощностью до 1 см (рис. 1-Ж) в зонах фильтрации гипергенных вод (с близнейтральным рН). По данным рентгенофазового анализа карбонат представлен кальцитом (рис. 2).


Рис. 2. Результаты рентгенофазового анализа натечного карбоната
(Сu излучение, порошковый препарат)

Термический анализ выявляет два основных эндотермических эффекта (связанных с диссоциацией тонкои микрокристаллического кальцита), и, в части образцов, экзотермический эффект, связанных с кристаллизацией аморфного карбоната [2]. Натечные агрегаты состоят из микрокристаллической массы кальцита, принизанной капиллярами, выполненными ещё более тонкокристаллическим, вплоть до аморфного, агрегатом. Строение агрегатов зональное, обусловленное нарастанием зон различной плотности, местами содержащих глинистые компоненты. Химический состав зон существенно не меняется, типичными примесями являются магний (~0,5 мас.%), стронций (~0,2 %), цинк (~0,1 %).
С карбонатными агрегатами парагенетически связан ряд минералов тяжелых металлов, образующих обильные микрофазы размером преимущественно до 5 мкм (рис. 1-З, И). На поверхности натечных образований отмечаются оксигидраты железа, кальцийсодержащий барит, церуссит, смитсонит, соединения Ag-S с переменным содержанием серы, а также недиагностируемые уверенно методами рентгенофлуоресцентного микроанализа водные сульфаты и карбонаты цинка и свинца, а также гидроокислами железа.
Судя по составу микроминеральных фаз, образование кальцита обусловливает, в первую очередь, соосаждение соединений железа, цинка и свинца (в меньшей степени меди и других металлов), локализующихся на поверхности карбонатных агрегатов. Преобладающей формой ассоциирующих на поверхности карбоната минералов являются водные сульфаты и карбонаты. При этом присутствие на весьма небольших участках (~1-2 см2) одновременно сульфидных, сульфатных и карбонатных соединений дает основание предполагать неустойчивость и активные реакционные преобразования микрофаз. Неустойчивость соединений, в первую очередь сульфидных и сульфатных, приводит к подвижности катионов металлов, переходящих в раствор и частично сорбируемых карбонатом кальция (>CO3H0 + Me2+(aq) = >CO3Me+ + H+(aq)) в соответствии с хорошо изученными механизмами [3, 4 и др.]. Катионы двухвалентных металлов с ионным радиусом меньше, чем у кальция, как известно, интенсивно сорбируются кальцитом (в том числе, согласно экспериментальным данным, полученным при параметрах среды, близких карбонатообразованию в белореченских штольнях - pH 7-8, T 25°C [5]), образуя твердые растворы в кальците. Это объясняет избирательное связывание цинка, отмечающегося в виде изоморфной примести в кальците. Крупные катионы (такие как барий и свинец) способны встраиваться в решетку ромбического арагонита (но не кальцита) [4], что объясняет присутствие во внутренних зонах карбонатных агрегатов в виде самостоятельных микрофаз церуссита, бариевого кальцита, бариокальцита.
Таким образом, в природно-техногенной системе горных выработок Белореченского месторождения с интенсивно выветриваемыми баритовыми и сульфидными рудами существенную роль в осаждении подвижных форм металлов имеет формирование микроминеральных фаз на нескольких физико-химических барьерах. Три основных барьера – окислительный, сульфатный и щелочной карбонатный – характеризуются избирательностью в отношении связывания металлов. На участках формирования оксигидратов железа формируются неустойчивые соединения (вероятно, с активными процессами сорбции); самостоятельные микроминеральные фазы характерны лишь для серебра. С щелочным карбонатным барьером связано интенсивное осаждение металлов как форме изоморфной примеси в кальците, так и в виде самостоятельных микрофаз. При этом выявляется сочетание нескольких механизмов связывания металлов в минеральные фазы: изоморфное вхождение в ходе кристаллизации, соосаждение в разных минеральных фазах с последующим разрушением микроминальных фаз, кристаллизовавшихся на поверхности кальцита и перераспределением металлов, контролируемым сорбционными механизмами. Среди мигрирующих в водных растровых тяжелых металлов наиболее эффективно связываются в минеральные фазы цинк (всходя в кальцит в виде изоморфной примеси) и серебро (на поверхности кальцита). Локальные сульфатные барьеры определяют интенсивное осаждение меди, свинца и, частично, железа в микроминеральных фазах.
В целом, рассмотренная природно-техногенная система обладает высоким нейтрализующим потенциалом природной среды, определяемой сочетанием разных групп горных пород в условиях активного водообмена по зонам тектонической трещиноватости.

Литература
1. Попов Ю.В., Бураева Е.А., Ермолаева О.Ю., Гончарова Л.Ю., Цицуашвили Р.А. Закономерности распределения естественных радионуклидов и тяжелых металлов в природно-техногенной системе Белореченского месторождения (Большой Кавказ) // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2; URL:
http://www.science-education.ru/116-12292.
2. Попов Ю.В. Современное минералообразование и сорбционные процессы на карбонатном барьере в горных выработках барит-полиметаллического месторождения // Геология, ресурсы, производство, экология. Материалы Всероссийской научно-практической конференции посвященной 100 летию С.М. Абаева. – Владикавказ: СОГПИ. 2013. – С.77-82.
3. Zachara, J.M., Kittrick, J.A., Harsh, J.B. The mechanism of zinc adsorption on calcite, Geochim. Cosmochim. Acta. 1988, 52, p. 2281-2291.
4. Mielczarski, J.A., Scott, J., Pokrovsky, O.S. Surface Speciation of Dolomite and Calcite in Aqueous Solutions. Encyclopedia of Surface and Colloid Science. Ed. A. Hubbard, 2006, p. 5965-5978.
5. Zachara, J.M., Cowan, C.E., Resch, C.T. Sorption of divalent metals on calcite. Geochim. Cosmochim. Acta. 1991, 60 (4), p. 727-731.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.